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爆破施工方案.doc
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1、*水电站工程支洞洞室开挖爆破设计编制:校核:审批:中国水利水电*水电站工程项目部二*年*月一 编制说明1.1 编制依据(1)中华人民共和国安全生产法中华人民共和国主席令第70号;(2)*设计施工图;(3)爆破安全规程GB6722;(4)中华人民共各国消防法(中华人民共和国主席第83号);(5)中华人民共和国民爆物品管理条例。1.2 编制目的规范*水电站支洞洞身开挖的爆破施工,使隧道工程符合质量要求的同时,也符合环境保护、职业健康安全的相关要求。1.3 适用范围适用于*水电站支洞洞身开挖爆破施工。二 工程概况2.1 枢纽工程概况*水电站为引水式水电站,是以发电为主的水电枢纽工程,在梯级布置方案上
2、,*水电站接*水电站尾水发电,*接*水电站尾水发电,电站安装4台混流式水轮发电机组,总装机约为248MW,额定水头250.0m。*水电站枢纽总平面布置主要建筑物为引水系统、电站厂房、开关站等。引水系统主要包括节制进水闸、引水渠、溢流侧堰、进水口前挡墙及冲砂闸、进水口、钢筋砼埋涵、发电引水隧洞和调压井等。发电引水隧洞主要由引水隧洞进口闸室段、箱涵埋管段、上平段引水隧洞、调压井、竖井段、下平洞段(含钢衬段)等部分组成,全长19281.37m(包括穿越*左岸滩地埋涵2296.0m),隧洞断面型式为圆形,内径7.05.8m。2.3 地质情况(1)洞室地质情况有压引水隧洞沿线出露地层主要为第四系、第三系
3、、白垩系及元古界,隧洞沿线微风化新鲜岩体内岩体较完整,结构面一般处于闭合状态,主要结构面岩层倾角多为5565,岩性以砂岩、粉砂质泥岩、石英片岩、千枚岩为主,根据室内对弱风化岩石的物理力学试验,其砂岩、粉砂质泥岩单轴饱和抗压强度13.6147.9Mpa,石英片岩单轴饱和抗压强度28.55 Mpa,为较软岩中硬岩。有压引水隧洞位于*背斜东北翼,为一单斜构造,隧洞呈NWSE向穿过山体,北北东及北东东向两组扭性断裂较发育。据平面地质测绘及调查发现有10条断层穿过有压引水隧洞,其中F1断层规模较大,其破碎带宽度在2030m之间,属逆冲性质,根据隧洞沿线节理裂隙调查,其节理发育主要有3组。(2)隧洞围岩特
4、性围岩特性:K0=58Mpa/cm ,=3.54.0;围岩特性:K0=45Mpa/cm ,=2.53.0;围岩特性:K0=12Mpa/cm ,=0.81.0;(3)洞室内水位情况有压引水隧洞区内地下水类型,主要有基岩裂隙水和第四系松散层中的孔隙水。基岩裂隙水主要赋存于第三系、白垩系、元古界的砂岩、粉砂质泥岩、千枚岩及石英片岩岩体的裂隙中,受断层和节理控制,深部岩体一般为不透水层。孔隙水主要赋存于第四系松散堆积物中,一般为孔隙潜水,不具承压性。主要接受大气降水补给,动态随时季节性变化较大。有压引水隧洞均位于地下水位以下。根据有压引水隧洞进、出口及中部冲沟段勘探平硐对围岩的揭露情况,岩体均处于干燥
5、状态。三 总体爆破方案设计3.1 爆破特点及要求(1)本标段各支洞隧道地质大部分为风化的泥质砂岩,整体性好,但存在地层差异(主要为地质原因造成地层缺失、风化差异等),根据掌子面围岩揭示及地质素描,需灵活调整药量及开挖方法。(2)本标段支洞隧洞大部分为特浅埋隧洞,要求对爆破方法选择合理,最大限度减小爆破振动,减小对围岩的扰动深度,保持围岩的自身稳定性。炮眼利用率在90%以上;光面爆破炮眼残痕率在65%以上;平均线性超挖不大于15cm,最大不超过20cm,相邻两循环炮眼台阶不大于10cm,局部欠挖小于0.1m2;最大欠挖小于5cm。3.2 开挖工法选择隧洞施工方法应根据施工条件、围岩类别、埋置深度
6、、断面大小以及环境条件等,并考虑安全、经济、工期等要求选择。选择施工方法时,应以安全为前提,综合考虑上述条件。当隧洞施工对周围环境产生不利影响时,应把环境条件作为选择施工方法的重要因素。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性,以免造成工程失误和增加不必要的投资。隧道施工方法有很多,根据本工程支洞施工条件、围岩类别、埋置深度、断面大小以及环境条件等特点,拟对隧洞、类围岩采用全断面法开挖,楔形掏心爆破,周边光面爆破的开挖方法。全断面法控制重点是:常规布孔,孔内按常规布设微差毫秒雷管,孔外采用毫秒导爆管雷管串联技术,此法可以大大减小爆破振动。3.3 钻爆设计原则根据工程实际、工程要求、
7、地质地形条件,确定设计原则为:(1)确保现场施工人员的安全。要严格按照爆破安全规程GB6722-2003进行设计和施工,要有具体的安全施工措施。(2)严格控制掏槽爆破、光面爆破、预裂爆破的单段齐爆药量,尽可能多的创造爆破临空面,尽可能减小爆破振动对围岩的扰动深度。(3)根据隧洞所处围岩类型的特点,采用全断面法开挖,对软弱岩层采用缩短进尺距离,及时支护等手段,保证顶板安全。(4)对设计确定的钻爆参数进行现场爆破试验,以取得合理的爆破参数。爆破参数应根据地质地形条件及相应的爆破效果,适时调整、动态管理。考虑以上设计原则,该工程应按总体施工组织分期实施。不同阶段对应不同的工作内容和施工方法。本设计主
8、要针对适合采用钻爆法施工的、级围岩地段进行爆破设计。综合工程特点:级围岩循环进尺为2.7m,级围岩循环进尺为1.5m,级围岩循环进尺为1.0m。具体根据实际爆破效果进行调整。3.4 爆破方式选择根据本工程隧洞特点,对洞室开挖采用光面爆破开挖。光面爆破的特点:(1)岩体能按照设计轮廓线爆破,壁面平整规则,围岩较完成,能明显地保留半面炮孔痕迹。(2)避免了因爆破导致围岩局部坍塌,施工安全,从而及加快施工进度。(3)与锚喷支护喷配套应用,可改善不良地质段的围岩稳定性,如果做永久支护,则可节省工程造价,提高工程质量,加快工程进度。3.5 施工工艺流程隧洞采用钻孔爆破开挖方式,首先进行上部开挖,然后,进
9、行中下部开挖。各导流洞上部开挖按不同围岩采取不同的工艺流程,其施工工艺流程见框图。开挖施工工艺流程图开挖准备超前支护 测量放线钻 孔装药爆破通风散烟、洒水除尘安全撬挖、平渣临 时 支 护出渣、扒底永久支护延伸风水电管路,进入下一个工作循环3.6爆破设计采用理论计算、工程类比与现场试爆相结合的方法确定爆破参数。根据各部位炮眼所承担的任务不同,爆破作用指数也不相同。具体为:掏槽眼采用加强抛掷爆破,辅助眼、崩落眼、底板眼采用松动爆破,内圈眼采用弱松动爆破。另外,周边眼采用光面爆破,爆破网路采用孔内外微差达到弱振动控制爆破的目的。炮眼深度与循环进尺:炮眼深度是指炮眼眼底至开挖面的垂直距离。炮眼深度一般
10、根据围岩的稳定性、凿岩机的钻凿能力和掘进循环安排。根据现场考察和以往工程经验,取循环进尺为2.7m,炮眼深度3m。炮眼直径:本设计选用手持式风动凿岩机,炮眼直径取d=42mm。炮眼布置:(4)内圈眼内圈眼的间距a、排距b应大于或等于周边眼的最小抵抗线W,而且a、b的取值与炮眼的单孔装药量有关。(5)崩落眼崩落眼采用松动爆破装药结构。3.6.1 爆破参数的确定本工程采用YT28手风钻进行造孔,设计造孔直径为42mm,爆破采用的炸药为乳化炸药(标准型),炸药直径32mm。类围岩炮孔造孔深度为3m,计划进尺2.7m;、类围岩炮孔造孔深度1.8m,计划进尺1.5m;类围岩炮孔造孔深度1.3m,计划进尺
11、1m。(1)确定不偶合系数不偶合系数D= dk / d1式中:dk 为炮眼直径,单位mm d1 为炸药直径,单位mm求得D=42/321.31,不偶合系数一般为13。(2)确定周边眼间距、最小抵抗线和炮孔密集系数 理论和实践证明光面爆破炮眼间距与最小抵抗线之比取0.8为好,但是应当根据围岩的具体形式进行调整。隧洞开挖光爆孔即周边孔的最小抵抗线可按照经验公式计算:W=KD式中:D炮眼直径,cm W最小抵抗线,cmK系数,一般取1522。岩石坚硬完成,跨度小,取小值;岩石松散破碎跨度大,取大值。 炮孔密集系数周边眼的炮眼密集系数m与最小抵抗线W之间的关系为m=E/W。一般EW,结合节理发育状况,爆
12、破后不易形成大块的特点,m=0.8。根据模型试验和生产实践表明,一般情况下,m取0.81.0较为适宜。M值是一个相对参数,它随炮孔间距和最小抵抗线的大小而变化,兵根据围岩性质、地质构造和开挖条件不同而适当调整。 根据经验及地质条件拟定洞室在不同围岩条件下的周边孔距离和最小抵抗线,具体如下:类围岩:最小抵抗线W=KD=1542=63cm,取60cm。周边孔间距E=Wm=600.8=48cm,取50cm;类围岩:最小抵抗线W=KD=1742=71.4cm,取70cm。周边孔间距E=Wm=700.6=42cm,取42cm;类围岩:最小抵抗线W=KD=1842=75.6cm,取75cm。周边孔间距E=
13、Wm=750.5=37.5cm,取35cm;周边眼采用导爆索将药卷串联间隔装药结构,使炮孔内炸药爆炸围岩受力均匀,可以减小对围岩的扰动深度。(2)辅助眼辅助眼用于扩大掏槽,布置在掏槽眼两侧,采用松动爆破装药。(4)掏槽孔掏槽孔选择形式:垂直楔形掏槽。掏槽眼爆破时在围岩中形成空腔,为后续炮孔爆破创造良好的临空面,一般为加强抛掷爆破。支洞开挖面积主要有三种形式:7.56.5和56.5和6.56.5城门洞型。7.56.5城门洞型面积为44.04m2;56.5城门洞型面积为30.4m2;6.56.5城门洞型面积为38.02m2;楔形掏槽炮眼的对数,根据围岩类别而定,一般类围岩,掏槽眼2对,类围岩,掏槽
14、眼23对,类围岩,掏槽眼3对。掏槽炮眼一般比其他炮孔深20cm。本工程中=0.84.0每对炮眼的距离根据设计槽眼深度按照下式计算: 眼口距离=2掏槽深度炮眼倾斜坡度+眼底距离式中:对于类围岩,计划掏槽炮眼深度为3.31m。炮眼倾角75,每对炮眼间距70cm,眼底间距30cm,求得眼口距离为2.0m;对于类围岩,计划掏槽炮眼深度为2.03m。炮眼倾角80,每对炮眼间距80cm,眼底间距35cm,求得眼口距离为1.1m;对于类围岩,计划掏槽炮眼深度为1.52m。炮眼倾角80,每对炮眼间距90cm,眼底间距为40cm,求得眼口距离为0.9m;本工程中,断面1炮眼均采用3对,断面2炮眼均采用6对,断面
15、3炮眼均采用6对。3.6.2 爆破药量的确定爆破炸药为乳化炸药(标准型),炸药直径32mm,长度32cm,单重300g。3.6.2.1 炮眼数量的确定(1)单耗q的确定根据经验单耗q范围在0.781.2kg/m3之间,先拟定q=1.10kg/m3,算出炮孔数量后,再反推算实际q值。(2)通过确定单耗q,确定每一循环的装药量Q。每一循环的装药量Q可按下式计算:Q=qsL式中:Q每一循环的炸药量,kg; L平均炮孔深度,m;s断面面积,m2。其中施工支洞主要断面形式有两种,断面1为30.4m2,断面2为44.04m2,断面3为38.02m2;平均炮孔深度L根据围岩类别及进尺确定,类围岩L=3m,类
16、围岩L=1.8m,类围岩L=1.3m。不同断面及不同围岩条件下每一循环炸药量用量表 表3.6-1洞室截面面积S(m2)围岩类别平均炮孔深度L(m)每一循环炸药量(kg)断面1(56.5m城门洞型)类围岩3100.32类围岩1.860.19类围岩1.343.47断面2(7.56.5m城门洞型)类围岩3145.33类围岩1.887.20类围岩1.362.98断面3(6.56.5m城门洞型)类围岩3125.47类围岩1.875.28类围岩1.354.37(3)炮孔数量的确定 炮孔的数量炮孔的数量N可按下式计算:N=qs/式中:q炸药单耗,kg/m3; S断面面积,本工程支洞断面1为30.4m2,断面
17、2为44.04m2,断面3为38.02m2; 炮孔装药系数,见下表2.3-1;每米炸药的质量,0.9kg/m。上述公式中,因为为各种孔的系数,不是总体系数,所以不能直接计算出结构,需要通过炸药量反算炮孔数量。 单个炮孔用药量单个炮孔的装药量Qi可按下式计算:Qi=L式中:Qi炮孔的装药量,kg L孔深,m 、意义同上 装药系数值 表3.6-2A 周边孔的确定根据周边孔间距,洞室开挖断面,通过画图布置,其中断面1中类围岩周边孔有31个,类围岩周边孔有37个,类围岩周边孔有44个;断面2中类围岩周边孔有35个,类围岩周边孔有40个;类围岩周边孔有49个;断面3中类围岩周边孔有32个,类围岩周边孔有
18、38个,类围岩周边孔有46个。B 掏槽孔的确定根据围岩类别,洞室开挖面积,通过上述掏槽孔设计中,已经明确掏槽孔的数量,其中断面1掏槽孔有3对,断面2掏槽孔有6对(双排布置),断面3掏槽孔有3对。C 底板孔的确定根据以往爆破经验,考虑底板爆破后效果,拟定在周边孔爆破后进行底板孔爆破,底板孔间距拟定80cm。根据洞室断面尺寸,明确断面1有底板孔7个,断面2有底板孔10个,断面3有底板孔9个。D 辅助孔的确定通过上述内容已经明确了周边孔、掏槽孔、底板孔,每一循环的炸药量Q已经通过单耗q确定,即用总的药量减去已经明确的炮孔的药量之和,再通过Qi=L公式,就能明确崩落孔的数量。崩落孔初步确定表 表3.6
19、-3洞室S(m2)围岩类别每一循环炸药量(kg)周边孔底板孔掏槽孔崩落孔(初步)孔数(个)单孔药量(kg)孔数(个)单孔药量(kg)孔数(个)单孔药量(kg)孔数(个)单孔药量(kg)断面1类100.32311.2271.2261.6336.21.22类60.19370.6970.6960.9534.90.69类43.47440.4770.4760.5933.90.47断面2类145.33351.22101.22121.6358.11.22类87.20400.69100.69120.9559.80.69类62.98490.47100.47120.5959.90.47断面3类125.47321.
20、2291.2261.6353.81.22类75.28380.6990.6960.9553.80.69类54.37460.4790.4760.5953.10.47通过上表初步根据药量,明确了崩落孔的数量,但是根据画图发现,炮孔数量无法布置,考虑到围岩类别的不同,单耗应该不同,所以通过降低单耗q来确最终的布置图。具体调整如下:根据洞室布置图确定最终的崩落孔 表3.6-4断面面积S围岩类别崩落孔(初步)崩落孔(实际)修整前单耗q修整后单耗q断面1类36.2311.10kg/m31.03类34.9281.10kg/m31.01类33.9241.10kg/m30.98断面2类58.1541.10kg/m
21、31.06类59.8461.10kg/m30.98类59.9341.10kg/m30.89断面3类53.8471.10kg/m31.03类53.8411.10kg/m30.97类53.1351.10kg/m30.93(3)炮孔布置图根据上述经验公式,进行布置炮孔布置图,具体见后附炮孔布置图。3.6.2.2 装药量的确定根据支洞的断面尺寸不同,及各类围岩的性质,综合计算后,确定各类围岩在不同断面的炸药用量表,主要参数具体间下表3.6-3和表3.6-4。(1)断面1装药计算断面1面积为30.4m2,理论类围岩进尺2.7m,类围岩进尺1.5m;类围岩进尺1m。断面1炸药用量 表3.6-5序号炮孔数量
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